人工輔助心臟國際發展趨勢概述

許 劍，王 妍，周 娜，范慶麟，朱塵琪

（1．航天泰心科技有限公司，天津 300457；2．北京精密機電控制設備研究所，北京 100076）

心力衰竭已成為全世界主要的公共衛生問題，我國心衰發病率近1%，每年新增發病數可達數百萬，并且隨著老齡化的加劇將日益嚴重[1]。終末期心力衰竭患者藥物治療效果不佳，最有效的心臟移植則受限于供體數量、異體排斥反應等問題難以成為常規治療方法。

自20世紀50年代開始，人工心臟在歐美國家得到蓬勃發展，早期主要是模擬自然心臟工作機制的搏動式產品，體積和功耗較大，一般放置在體外，應用不廣[2]。后DeBakey和Noon醫生尋求到美國NASA的技術支持，將火箭上所采用的葉片泵技術進行轉化，合作研發植入式連續流人工輔助心臟（也稱心室輔助裝置VAD）并取得全面和成功的實驗[3]，自此小型、可靠的旋轉式連續流VAD得到廣泛認可并取代搏動式VAD成為主流研究方向。2008年美國FDA批準Thoratec公司的HeartMate II作為BTT治療[4]，次年HeartWare公司的HVAD獲得BTT治療歐洲CE許可[5]。目前心室輔助裝置已成為歐美國家治療終末期心衰的重要手段并被醫保覆蓋，根據Intermacs統計，自2006年6月至2016年9月，僅美國已有包括美國副總統切尼在內的18385名患者植入VAD，2年存活率基本提高到約80%。見圖1。

圖1 Intermacs發布的統計數據

目前國際上主要的VAD研發集中在美國、德國、澳大利亞和日本。重要的廠商有Thoratec、HeartWare、ReliantHeart、Berlin Heart、JarvikHeart等公司。見表1。

表1 國外從事相關研究的主要機構

隨著VAD產品的大規模應用，產品的耐久性、安全性和臨床益處均取得了很大改善，各類測試及臨床數據的收集也為產品的改進提供了更好的依據。總體說來國際上對于心室輔助裝置的研究熱點已經逐步從提高存活率轉移到提高患者生活質量，從VAD產品本身的研究過渡到VAD與人體血液循環的交互生理影響研究，發展趨勢如下。

1 微型化

由于早期裝置應用的局限性，VAD通常用于晚期心衰患者，此病程階段的患者心臟功能已嚴重受損，所需輔助流量較大，故該時期研發的VAD產品流量最高可達10 L/min甚至20 L/min以滿足臨床應用的需求，但其體積及功耗較大，患者植入后存活率和生活質量不高。隨著研究的深入及應用案例的增多，越來越多的證據顯示心衰病人越早植入VAD，其生活質量和存活率越高。而對于產品本身，醫學界及工業界也已經開始反思早期VAD參數特別是流量參數的設計是否合理，首先用于早中期心衰患者的心室輔助時，其臨床應用遠沒有達到如此之高的流量需求；此外，左心輔助時過高的排量會引起入口抽吸，易導致右心衰竭，從而進一步使病情惡化。

針對上述問題，世界領先的VAD廠商正在持續不斷研制更加微型化的產品，體積、重量都大幅度減小，泵體本身的安裝位置從腹部→心尖外→心室內演化，手術創口更小，植入更方便，術后恢復更快，生活質量更好。

微型化的產品由于功耗小還將有利于無線充電方式的實現和推廣，可大幅降低由經皮導線帶來的感染問題，最終實現全植入式人工輔助心臟。

圖2 HeartWare公司的HVAD→MVAD產品演化

圖3 Thoratec公司HeartMate II→HeartMate III→HeartMate X產品演化

2 智能化

現階段旋轉式VAD控制基本采用的是定轉速方式，葉片泵在恒定轉速下輸出流量對前后負荷較為敏感，而人體的自然心臟不停收縮，心室內及主動脈的壓力時刻變化，患者生理活動狀態改變時這種變化會更明顯，是否需要以及如何根據自然心臟的收縮主動調節VAD的轉速，采用何種算法來避免持續灌注時主動脈根部的血栓問題，這都是目前的研究熱點[6][7]。

3 信息化

遠程醫療并非是一項新技術，但在VAD上采用的不多，已有以ReliantHeart公司HeartAssist5為代表的產品在采用通過無線網絡傳輸和記錄VAD的流量、功耗等相關數據[8]，讓醫護人員更好的管理患者，追蹤病人生理參數，減少再次入院率，提高患者生活質量，積累的大量病患數據可用作后續統計分析和產品改進的基礎。

3 個性化

廣大心力衰竭人群的個體生理參數差異是客觀存在的，用于急性心源性休克、移植前過渡或者終末期治療的治療目標和輔助要求也是各不相同，而對于VAD廠商來說產品基本是固定的一兩款，針對不同的病人應如何處理才能獲得最佳的治療效果是需要持續研究的問題。

圖4 HeartAssist5的遠程監護模式

圖5 不同的病人應采用不同的VAD輔助模式以取得最佳效果

4 結 論

綜上所述，隨著人工輔助心臟技術的逐步優化，產品應用的日益廣泛，相信在不久的將來，VAD將成為治療心力衰竭的常規首選方法之一，為廣大心衰患者提供更好的療效和更優的生活質量。

[1]周睿主譯.機械循環支持原則和應用[M].第1版.上海:上海科學技術出版社,2016.

[2]Rodriguez L E,Suarez E E, Loebe M, et al. Ventricular assist devices (VAD) therapy: new technology,new hope?[J]. Methodist Debakey Cardiovasc J.2013,9(1):32-37.

[3]Noon G P,Loebe M. Current status of the MicroMed DeBakey Noon Ventricular Assist Device[J].Tex Heart Inst J.2010,37(6):652-653.

[4]Swetz K M,Freeman M R,Mueller P S,et al.Clinical management of continuous-flow left ventricular assist devices in advanced heart failure[J].J Heart Lung Transplant.2010,29(9): 1081.

[5]Slaughter M S.Implantation of the HeartWare left ventricular assist device[J]. Semin Thorac Cardiovasc Surg.2011,23(3):245-247.

[6]Ochsner G,Amacher R,Wilhelm M J, et al. A Physiological Controller for Turbodynamic Ventricular Assist Devices Based on a Measurement of the Left Ventricular Volume[J].Artificial Organs.2014,38(7):527-538.

[7]Bhagra S, Bhagra C,?zalp F,et al.Development of de novo aortic valve incompetence in patients with the continuous-flow HeartWare ventricular assist device[J]. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 2015.

[8]Pektok E,Demirozu Z T,Arat N, et al. Remote monitoring of left ventricular assist device parameters after HeartAssist-5 implantation[J].Artif Organs,2013,37(9):820-825.